Влияние зерно-черносмородиновой барды на свойства экструдированных кукурузно-рисовых хлебцев

Переориентация агропромышленного комплекса при переработке сырья с высокой пищевой ценностью и высоким содержанием биологически активных соединений на экологически устойчивое развитие делает особенно важными технологии комплексной переработки растительного сырья и рационального использования побочных продуктов в пищевом производстве [1, 2]. Например, технологии дистилляции с использованием плодово-ягодного сырья не только обеспечивают расширение номенклатуры напитков, но и создают возможности для получения и дальнейшего применения функционально ценных вторичных ресурсов [3, 4]. Сложный состав летучих соединений – терпены, фенолы, эфирные масла, органические кислоты – придает ягодным дистиллятам характерную сенсорную выразительность [5–7], а богатый антиоксидантный профиль ягод делает их особенно ценными в качестве функциональных ингредиентов [8, 9]. Полифенолы и другие биологически активные вещества ягод проявляют антиоксидантное и иммуномодулирующее действие, что способствует снижению риска развития хронических заболеваний и положительно влияет на функциональное состояние желудочно-кишечного тракта [10].

В настоящее время ведется разработка технологий зерно-фруктовых дистиллятов – напитков, сочетающих классические методы спиртового брожения зернового и плодового сырья и современные приемы дистилляции, обеспечивающие сохранение природного аромата и вкусового профиля сырья [11] [12]. Важным аспектом является возможность использования в качестве плодового-ягодного компонента жмыхов после отжима сока, что позволяет повысить рентабельность обработки за счёт рационального процесса переработки вторичных сырьевых ресурсов и эффективного их включения в дальнейшие производственные цепочки. Образуемая в результате спиртового брожения зерно-фруктовая барда может рассматриваться как потенциально функциональный ингредиент, пригодный к переработке в смеси с сельскохозяйственным сырьем и обладающий потенциалом повышения пищевой ценности продуктов. Эффективной технологией по переработке смесей с включением зернофруктовой барды является экструзия. Многочисленными исследованиями отмечается синергизм технологических решений, с одной стороны подразумевающих добавление вторичных ресурсов в экструдируемые смеси, а с другой стороны – их положительное влияние на химический состав экструдатов [13–15]. Как правило, экструдированные продукты из крахмалсодержащего сырья характеризуются низким содержанием пищевых волокон, особенно это касается изделий на основе рисовой и кукурузной муки. С учётом того, что процесс экструзии сопровождается выраженными макромолекулярными преобразованиями крахмала и, как следствие, повышением гликемического индекса готовых продуктов, использование зерно-фруктовой барды в качестве ингредиента, богатого пищевыми волокнами, представляется перспективным технологическим решением. Включение данного компонента в рецептуры экструдируемых смесей может способствовать увеличению содержания пищевых волокон и формированию продуктов с более благоприятным нутритивным профилем.

Цель исследования – определить влияние дозировки зерно-черносмородиновой барды на режимные параметры экструзии смеси кукурузной и рисовой муки, а также на физикохимические и нутриентные характеристики получаемых экструдированных хлебцев.

Материалы и методы

Барда зерно-черносмородиновая получена как вторичный сырьевой ресурс технологии дистиллятов. Гидролизат пшеничной муки после обработки ферментными препаратами термостабильной альфа-амилазы и ксиланазы в дозировке 1 и 0,5 ед./г крахмала, соответственно, подвергали тепловой обработке в течении 3-x часов при температуре 85–90 °С, по окончании процесса затор охлаждали до 58– 60 °С и в него вносили черносмородиновый жмых, который предварительно подщелачивали 30%-ой щелочью до рН 4,5, обрабатывали ксиланазой (0,6 ед. КС/г крахмала) и пастеризовали в суховоздушном термостате 1 час при 68–70 °С. После осахаривания с использованием ферментных препаратов глюкоамилазы 15 ед. ГлС / г крахмала, грибной альфа-амилазы 1 ед. АС/г крахмала, кислой протеазы 0,5 ед. ПС/г крахмала в охлажденное до 35 °С сусло добавляли антисептик, дрожжи 10–15 млн/мл и проводили сбраживание при температуре 28–30 °С в течение 72 часов. После сбраживания в процессе получения дистиллята на первой стадии перегонки осуществляли процесс извлечения спирта и всех сопутствующих летучих примесей из бражки с получением промежуточного продукта – дистиллята неочищенного. Для перегонки использовали вакуумную кубовую установку с глубиной вакуума до 93 кПа, температурой паров 32–44 °С на разных этапах дистилляции [16, 17].

Полученную барду после дистилляции высушивали и добавляли в кукурузно-рисовую смесь в количестве 5–15%. Также в смесь вносили 1% стабилизатора карбоната кальция, соль и хлорид калия в количестве 0,25%. Хлорид калия использовали как частичную замену соли.

Коэффициент вертикального расширения стренга определяли, как соотношение толщины стренга, выходящего из фильеры, к высоте формующей щели матрицы.

При определении структурных свойств продукта использовали анализатор Brookfield СТ3 Texture Analyser. На прибор устанавливалась металлическая насадка-индентор в виде иглы. В образец продукта погружали насадку-индентор на глубину прокола 4 мм со скоростью погружения насадки 0,5 мм/с и фиксировали ответную реакцию тензодатчика прибора в виде структурно-механических характеристик: твердости образца и количества микроразломов.

Изменение содержания белка осуществляли методом Кьельдаля на автоматической установке для определения азота Gerhardt Vadopest 10, пищевых волокон – ферментативно-гравиметрическим методом по ГОСТ Р 54014–2010. Содержание фенольных соединений определяли методом Фолина-Чокальтеу с использованием спектрофотометра Specord 50 Analytic Yena при длине волны 720 нм.

Метод однофакторного дисперсионного анализа и апостериорный анализ по критерию Тьюки с применением пакета программ Statistica 6.0 использовали для оценки достоверности различия средних при p < 0,05.

Обсуждение

Полученную после дистилляции зерно-черносмородиновую барду высушивали и в качестве ингредиента добавляли в экструдируемую смесь на основе рисовой и кукурузной муки, изменяя содержание от 5 до 15%. Изучено влияние дозировки барды на изменение параметров экструзии, проводимой в политропном режиме. Процесс экструзии всех смесей протекал устойчиво; выбранные параметры обеспечили клей-стеризацию крахмала без признаков меланои-динообразования и подгорания экструдатов. Установлено, что увеличение дозировки зерночерносмородиновой барды не оказывает значимого влияния на изменение температуры процесса и момент сдвиговых деформаций, при этом значимо снижается давление экструзии с 2,3 до 1,9 МПа (таблица 1). Поскольку удельный расход механической энергии является величиной, зависимой от момента сдвиговых деформаций, соответственно, изменения этого показателя процесса также не происходило. На рисунке 1 представлены фотографии образцов экструдированных хлебцев на основе рисово-кукурузной смеси.

Таблица 1.

Режимные параметры экструзии зерновых смесей с зерно-черносмородиновой бардой

на основе рисово-кукурузной смеси

Table 1.

Parameters of extrusion of corn-rice mixtures with grain-blackcurrant stillage

% добавления зерно-черносмородиной барды % dosage of grainblackcurrant stillage	Влажность смеси, % Moisture content, %	Температура экструзии, °С Temperature of extrusion, °С	Давление, Мпа Pressure, МРа	Момент сдвиговых деформаций, % Torque, %	Удельный расход механической энергии, кВт×час/кг Specific mechanical energy, kW×h/kg
0	15	165а	2,3 a	48а	0,122 a
5	15	165а	2,2 ab	50а	0,127 a
10	15	167а	2,0 bc	50а	0,127 a
15	15	165а	1,9 c	49а	0,124 a

Примечание: Различия между значениями, обозначенными одинаковыми буквенными индексами, в каждом столбце статистически незначимы при р < 0.05 /

Note: Means followed by the same letters within a column are not significantly different at p < 0.05

технологии с различным уровнем внесения в рецептуру зерно-черносмородиновой барды

Figure 1. Crispbreads with the addition of grain-blackcurrant stillage

Рисунок 1. Фотографии хлебцев экструзионной

Оценка изменения структурно-механических характеристик полученных хлебцев показала, что внесение и увеличение содержания барды снизило коэффициент вертикального расширения стренга с 9,7 до 7,3. Это непротиворичивый эффект, отмечаемый для большинства экструдируемых крахмалсодержащих смесей с увеличивающейся долей некрахмальных твердых частиц и пищевых волокон, источником которых является зерно-фруктовая барда. В аспекте расширения стренга экструдата барда является водоудерживающим компонентом и дисперной фазой расплава, уменьшая долю свободной влаги и его эластичность. Вследствие этого ограничивается рост размеров пор при выходе из отверстий матрицы экструдера. Отмечено отсутствие негативного влияния на текстурные характеристики экструдатов (таблица 2). Твердость не изменялась, показатель количества микроразломов, характеризующий пористость экструдатов, с добавлением барды значимо увеличился с 10,9 до 13,1–13,2. Этот эффект можно интерпретировать как формирование более мелкопористой и равномерной структуры с большим числом центров парообразования, которыми могут

Таблица 2.

Структурно-механические характеристики экструдатов с зерно-черносмородиновой бардой на основе рисово-кукурузной смеси

являться частицы клеточных стенок, пектин‑ содержащие фрагменты и др [18]. Снижение общего вспучивания стренга экструдата компенсируется увеличением количества межпоровых стенок, в результате чего твердость экструдата не меняется, а текстурная характеристика хрусткости увеличивается. Таким образом, повышение дозировки барды позволяет улучшить пористость и хрусткость экструдатов без потери механической стабильности изделий.

Table 2.

Mechanical and textural properties of extrudates

% добавления зерно-черносмородиной барды % dosage of grain-blackcurrant stillage	Коэффициент линейного расширения стренга Vertical expansion index	Твердость, Н Hardness, N	Количество микроразломов Number of microfractures
0	9,7	0,9 a	10,9
5	8,6	1,1 a	13,1 a
10	8,2	0,75 a	13,2 a
15	7,3	0,9 a	13,1 a

Примечание: Различия между значениями, обозначенными одинаковыми буквенными индексами, в каждом столбце статистически незначимы при р < 0.05 /

Note: Means followed by the same letters within a column are not significantly different at p < 0.05

Зерно-черносмородиновая барда характеризуется высоким содержанием белка, пищевых волокон и фенольных соединений. Оценка изменения пищевой ценности экструдированных хлебцев показывает (таблица 3), что увеличение доли зерно-черносмородиновой барды (5-15 %)

Оценка содержания отдельных нутриентов в образцах экструдированных хлебцев

с зерно-черносмородиновой бардой

Table 3.

Evaluation of the content of individual nutrients in samples of extruded crispbread with grain-blackcurrant stillage

% добавления зерночерносмородиновой барды % dosage of grain-blackcurrant stillage	Белок, г/100 г Protein, g/100 g	Пищевые волокна, г/100 г Dietary fibers, g/100 g	Фенольные вещества, мг/ кг Phenolic compounds, mg/kg
0	7,4	3,9	915,3
5	8,8	5,3	1223,3
10	10	5,9	1306,3
15	11,3	8,2	1479,6

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений содержания полифенольных соединений показывает устойчивое и нарастающее превышение фактических уровней над ожидаемыми: 30,5% при 5% барды, 36,0% при 10%, 50,5% при 15% (рисунок2). Вероятными факторами такого эффекта являются предварительная ферментативная обработка жмыха смородины (ксиланаза, протеаза и др.) и брожение, частично разрушающие клеточные стенки, а также термомеханическое воздействие двухшнековой экструзии, дополнительно деструктирующее связанную полифенольную фракцию клеточного матрикса сырья.

сопровождается ростом содержания белка, пищевых волокон и фенольных соединений в экструдатах. В сравнении с контролем белок возрастает на 69 %, пищевые волокна на 110%, а суммарные фенольные соединения на 62%.

Таблица 3.

Дозировка зерно-черносмородиной барды, % / dosage of grain-blackcurrant stillage, %

■ экспериментальные значения / experimental values

■ расчетные значения / experimental values

Рисунок 2. Содержание полифенольных соединений

Figure 2. The content of polyphenolic compounds

В целом совокупность показателей образует внутренне согласованную, логически непротиворечивую картину обогащения экструдированных хлебцев и указывает на возможность целенаправленного конструирования нутритивного профиля экструдатов за счёт дозирования зерно-черносмородиновой барды.

Опубликованные данные по влиянию экструзии на полифенольные фракции сельхоз-сырья [19] показывают двунаправленную природу изменений полифенолов при экструзии: с одной стороны, термолабильные соединения могут разрушаться, с другой – деструкция клеточной матрикса и распад высокомолекулярных комплексов повышают извлекаемость фенолов; итоговый баланс чувствителен к множеству факторов экструзионной переработки. В многокомпонентных системах описаны случаи увеличения количества полифенолов до ~180%, что также согласуется с полученными результатами.

Заключение

Полученные данные свидетельствуют о возможности использования черносмородиновой барды в качестве компонента, повышающего post@vestnik-vsuet. ru функциональную ценность экструдированных продуктов за счёт полифенольных соединений.

Разработаны рецептуры хлебцев экструзионной технологии, состав рецептуры которых включает пшеничную обойную муку, зерно-черносмородиновую барду, стабилизатор карбонат кальция, соль или рис, кукурузу, зерно-черносмородиновую барду, стабилизаторы карбонат кальция, хлорид калия, соль.

По результатам исследований разработан технологические решения и технологическая инструкция по производству экструдированной пищевой продукции с использованием зерночерносмородиновой барды. Технология получения экструдированных хлебцев включает стадии формирования экструдируемой смеси, экструзии при температуре 140–160 °С, нарезки стренга экструдата, подсушки и упаковки хлебцев.

Работа проведена за счет средств субсидии на выполнение государственного задания (тема № FGMF-2023–0004).